更好地了解大气和海洋之间的气体交换可以改善全球气候模型

在公海湍流和寒冷的高纬度地区破裂的波浪中注入气泡是大气气体输送到内陆海洋的一种被低估的方式。提高对高纬度地区气体交换的机理理解很重要，原因有几个，包括更好地约束用于预测氧气和二氧化碳等关键气体海洋库存变化的气候模型。

本周发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一项由WHOI领导的新研究“北大西洋深海轨道海洋通风过程中的溶解气体”结合了新的地球化学示踪剂和海洋环流模型，以研究大气气体进入深海的物理学。

该研究使用一种新技术来精确测量溶解在北大西洋4.5公里深处收集的海水样本中的惰性气体同位素。惰性气体 - 元素周期表最右侧的元素 - 没有反应性，也没有被生物学使用，使它们成为物理学的有用示踪剂。

惰性气体在与海面大气交换后既不添加也不从水中去除。因此，测量百慕大海岸附近北大西洋深处溶解的惰性气体告诉科学家在伊明格海等特殊地区发生的气体交换物理学，那里的表层海洋在暴风雨的冬季条件下变得足够密集，可以下沉并形成缓慢向南流动的深水。

该论文的第一作者艾伦·塞尔策(Alan Seltzer)表示，这些新发现表明，高纬度海洋中气泡的溶解“可能是所有惰性气体，氧气和氮进入深海的主要途径。这项研究是朝着理解气体进入海洋的基本物理学迈出的一步，伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)海洋化学和地球化学系助理科学家Seltzer说。

“我们可以做的任何事情来提高模型表示我们世界的方式的准确性都是有帮助的，特别是当它与气体有关时，”他说。“我们关心全球生态系统的氧气，我们关心一氧化碳。2因为海洋是吸收我们排放的巨大参与者。因此，如果我们能够改进模型表示气体交换等物理过程的方式，我们就可以在未来的模拟中对模型更有信心，以此来预测在具有更多CO的温暖世界中事物将如何变化。2."

“了解海洋如何吸收并向大气中释放气体是预测它们对气候变化的反应的一个具有挑战性但至关重要的一步。惰性气体具有化学和生物惰性，是探测所涉及的物理过程的有力工具，“期刊文章合著者William Jenkins说，他是WHOI海洋化学和地球化学系的名誉研究学者。

“Seltzer等人的论文是这一旅程中向前迈出的重要一步，因为它结合了新的高精度惰性气体浓度和同位素比率测量，这是解锁对这些重要过程的理解的关键。他们的结果还揭示了海洋氮循环，这对气候变化问题很重要，而且也是我们对如何支持海洋食物网的基本理解。

该研究的测量结果来自百慕大大西洋时间序列(BATS)站点(北纬31°40，西经64°10)，自1988年以来，重复巡航几乎每月从上到下对海洋进行调查。BATS地点是收集样本的理想场所，因为它位于深水形成区域的下游。

BATS站点的深海惰性气体浓度使科学家能够研究冬季事件中的气体交换，在这些事件中，随着表层水冷却并变得更加密集，深海形成。在这些恶劣的条件下，直接观测具有挑战性且稀缺，这就是为什么在更温暖、更南部的地方进行深海测量如此有价值的原因。

塞尔策说，理解为什么气泡在将惰性气体，氧气和氮气输送到深海中发挥如此巨大作用的一种方法是认识到“每次波浪破裂时，都会大大增加大气和海洋之间气体交换的可用表面积。

“深海(约占海洋总量的75%)与大气之间的二氧化碳和其他温室气体的交换发生在冬季的高纬度地区，特别是在风暴事件期间。北大西洋深处惰性惰性气体浓度的测量记录了在大风风暴事件中形成的大气泡的重要性，显着增加了我们对深水气体交换率的理解，“共同作者William Smethie说，哥伦比亚大学Lamont-Doherty地球天文台的特殊研究科学家和退休研究教授。

“这提高了我们量化海洋和大气之间二氧化碳和温室气体交换的能力，并预测它们的大气浓度将如何影响地球气候，这对于制定缓解全球变暖的政策至关重要。

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